Article

1 - NÉCESSITÉ DE LA PRÉPARATION DES MATÉRIAUX AVANT CARACTÉRISATION

2 - DISPERSION DES PROPRIÉTÉS : UNE RÉALITÉ INCONTOURNABLE

3 - PRÉPARATION DES ÉPROUVETTES : RESPECTER LES SPÉCIFICITÉS DES POLYMÈRES À TESTER

4 - FABRICATION DE PLAQUES OU D'ÉPROUVETTES : CHOISIR LA BONNE MÉTHODE DE TRANSFORMATION

5 - PRÉPARATION D'ÉPROUVETTES À PARTIR DE PLAQUES OU DE PIÈCES

6 - CONDITIONNEMENT AVANT ESSAIS

7 - CONCLUSION

Article de référence | Réf : AM3269 v1

Préparation des matières plastiques pour la caractérisation et le contrôle

Auteur(s) : Michel BIRON

Date de publication : 10 janv. 2015

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Sommaire

Présentation

NOTE DE L'ÉDITEUR

Les normes ISO 179-2 de décembre 1997, ISO 179-2/AC1 de novembre 1998 et ISO 179-2/A1 de juin 2011 citées dans cet article ont été remplacées par la norme ISO 179-2 : Plastiques - Détermination des caractéristiques au choc Charpy - Partie 2: Essai de choc instrumenté (Révision 2020)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN2005 (Juin 2020).

21/09/2020

Les normes ISO 180 de décembre 2000, ISO 180/A1 de décembre 2006 et ISO 180/A2 d'avril 2013 citées dans cet article ont été remplacées par la norme NF EN ISO 180 (T51-911) : Plastiques - Détermination de la résistance au choc Izod (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1912 (Janvier 2020).

24/02/2020

La partie 4 de la norme NF EN ISO 294 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 294-4 (T51-294-4) "Plastiques - Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques - Partie 4: Détermination du retrait au moulage" (Révision 2019)
Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1902 (février 2019).

20/05/2019

La norme NF EN ISO 20753 de juillet 2014 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 20753 (T58-006) "Plastiques - Éprouvettes " (Révision 2018)

Les normes NF EN ISO 294-2 de novembre 1998 et NF EN ISO 294-2/A1 de décembre 2005 cités dans cet article ont été remplacées par la norme NF EN ISO 294-2 (T51-294-2) "Plastiques - Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques - Partie 2: Barreaux de traction de petites dimensions" (Révision 2018)

La norme NF EN ISO 2818 de juillet 1997 citée dans cet article a été remplacée par la norme NF EN ISO 2818 "Plastiques - Préparation des éprouvettes par usinage" (Révision 2018)
 

Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1812 (décembre 2018).

26/02/2019

La norme ISO 20753 de mars 2008 citée dans cet article a été remplacée par la norme ISO 20753 "Plastiques - Éprouvettes" Révision 2018

Pour en savoir plus, consultez le bulletin de veille normative VN1810 (novembre 2018).

23/01/2019

26/02/2019

RÉSUMÉ

La préparation des matériaux est à la base de la qualité de leur caractérisation. Cet article examine la nécessité de respecter les spécificités des polymères : sensibilité à la température, l'eau, UV, produits chimiques, fluage. Lorsqu'une mise en forme est nécessaire, il faut choisir la méthode adaptée et minimiser la formation d'imperfections, l'anisotropie, les contraintes résiduelles, les lignes de soudure… Pour l'injection des thermoplastiques, les paramètres influents sont examinés : température matière, pressions d'injection et de maintien, vitesse d'injection, température du moule. Le découpage et l'usinage d'éprouvettes, le choix des sites de prélèvement, le matériel de laboratoire et le conditionnement avant essais complètent cet examen.

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ABSTRACT

Preparation of plastics for characterization and testing

The preparation of materials determines the quality of their characterization. This article examines the need to allow for the specific characteristics of polymers: sensitivity to temperature, water, UV, chemicals, creep. When shaping is necessary, it is essential to choose the most suitable method and minimize the formation of imperfections, anisotropy, residual stresses, welding lines, etc. For the injection of thermoplastics, the prevailing parameters are examined: material temperature, pressures, injection speed, mold temperature. Cutting and machining of test pieces, the choice of sampling sites, laboratory equipment and conditioning before testing are also dealt with.

Auteur(s)

  • Michel BIRON : Ingénieur de I'Institut National Supérieur de Chimie Industrielle de Rouen (INSCIR) et de I'Institut Français du Caoutchouc (IFC), consultant

INTRODUCTION

La valeur et l'intérêt de la caractérisation reposent en premier lieu sur la représentativité, la qualité et la validité des éprouvettes utilisées pour réaliser les mesures mécaniques, physiques et chimiques.

Il arrive que les intervenants de la chaîne aboutissant aux mesures oublient que les polymères sont sensibles aux paramètres environnementaux comme la température ou la lumière. Le manque de précautions pendant le délai entre prélèvement et caractérisation peut donc être dommageable.

Les nombreux paramètres intervenant au cours de l'élaboration des polymères, de la transformation, de l'utilisation des pièces entraînent une distribution statistique des propriétés. Il est impératif de préparer aussi soigneusement que possible les éprouvettes pour ne pas élargir encore plus cette distribution.

Mise à part la caractérisation directement sur pièce, l'obtention des éprouvettes peut résulter d'une préparation assez simple mais il faut être conscient qu'elle peut changer l'état physique et chimique des polymères. La pulvérisation d'un échantillon de matière renforcée de fibres de verre provoque la rupture des fibres. L'échauffement, par usinage ou autre, fait évoluer la cristallinité, provoque le détensionnement des contraintes, éventuellement dégrade les polymères et modifie l'état de réticulation pour les thermodurcissables. L'attaque chimique dégrade et altère les polymères, les fibres et les additifs.

Cet article développe les spécificités des matières plastiques que les responsables et opérateurs de la caractérisation doivent toujours garder à l'esprit pour éviter les multiples pièges :

  • sensibilité à des températures inférieures à celles supportées par les métaux ;

  • structure organique macromoléculaire conduisant à un comportement viscoélastique ;

  • dégradations thermiques possibles à partir de températures de quelques dizaines de degrés pour certains polymères ;

  • sensibilité à l'humidité, à la lumière et aux UV ;

  • sensibilité à l'action des fluides ;

  • fluage et déformation sous contrainte ;

  • rôle initiateur des imperfections chimiques et physiques dans les dégradations ;

  • risques d'induction de tensions internes résiduelles, lignes de soudure pendant l'injection.

Le stockage avant caractérisation, la préparation des éprouvettes et plus généralement toutes les opérations entre prélèvement des échantillons et caractérisation devront tenir compte des observations précédentes.

Lorsque la préparation des éprouvettes nécessite une transformation des matières plastiques, il faut confier ce travail à des spécialistes ayant les connaissances, l'expérience et le matériel nécessaire.

Les constructeurs de matériel développent des presses pour le moulage d'éprouvettes et de petites pièces depuis des presses à compression, manuelles et très simples, jusqu'à des mini-presses à injection très perfectionnées.

Divers combinés de laboratoire assurant les fonctions de mélangeage, de moulage, et d'extrusion permettent de travailler avec des quantités de matière minimales.

Nombre de normes ou des spécifications particulières prévoient les conditions de moulage d'éprouvettes ou le moulage d'objets-types.

Le découpage et usinage d'éprouvettes à partir de plaques ou de pièces peuvent faire appel à la plupart des méthodes d'usinage des métaux ou du bois, après une plus ou moins grande adaptation des outils et des procédés.

La faible conductivité thermique des matières plastiques, l'affaiblissement des caractéristiques mécaniques à chaud et les risques de dégradation thermique font qu'il ne faudra pas dépasser une température limite propre à chaque matériau.

L'outillage et le mode opératoire doivent être parfaitement appropriés de façon à ne pas provoquer de défauts physiques tels que des amorces de rupture pour les plus courants ou une dégradation thermique même localisée.

Les fabricants de matériel de laboratoire proposent une gamme complète de presses à découper, de fraiseuses et d'entailleuses. L'automatisation améliore la productivité et réduit les coûts de préparation.

Les étapes précédentes étant définies, il reste à choisir les sites de prélèvement, ce qui nécessite la connaissance et le respect de certaines règles générales concernant par exemple :

  • les écoulements ;

  • l'anisotropie ;

  • les propriétés particulières des interfaces soudées ou collées ;

  • les gradients de pollution et de dégradations.

Les conditionnements avant essai prévoient souvent la mise en équilibre avec une atmosphère à température et hygrométrie déterminées. Cependant d'autres conditions peuvent être choisies.

Dans des cas particuliers, le conditionnement peut prévoir également un traitement thermique pour libérer les contraintes résiduelles du matériau ou pour modifier sa cristallinité.

L'objectif de l'article est de sensibiliser les non plasticiens aux particularités des matières plastiques en leur fournissant des éléments de base pour une caractérisation bien comprise aboutissant à un équilibre judicieux entre impératifs techniques et économiques.

Un glossaire est présenté en fin d'article.

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KEYWORDS

machining.   |   moulding   |   cutting

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-am3269


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - NAKAUCHI (H.) -   Journal of Applied Polymer.  -  Sc., 50, p. 362 (1992).

  • (2) - DOLE (P.), CHAUCHARD (J.) -   Polymer degradation and stability  -  , p. 441 (1995).

  • (3) - SHAIKH (A.A.), JAIN (P.S.) -   International Journal of Advanced Engineering Technology,  -  vol. II, issue I, janv.-mars 1981-1988.

  • (4) - GOLD (C.), LACKEY (M.), LIU (C.-F.), WU (R.), RYBA (E.), GALLAGHER (K.) -   Combinatorial chemistry « High-throughput methods for developing new materials »  -  http://www.ems.psu.edu/

  • (5) - GUGUMUS (F.) -   *  -  Polymer degradation and stability, 63, p. 41 (1999).

  • (6) - GEORGET (M.P.) -   *  -  SIA-AFICEP, Rennes, 2 avr. 1995.

  • ...

NORMES

  • Plastics – Test specimens - ISO 20753:2008 - 2008

  • Plastiques – Préparation des éprouvettes par usinage - NF EN ISO 2818 - 07-97

  • Plastiques – Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques – Partie 1 : Principes généraux, et moulage des éprouvettes à usages multiples et des barreaux - NF EN ISO 294-1/A1 - 06-02

  • Plastiques – Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques – Partie 2 : Barreaux de traction de petites dimensions - NF EN ISO 294-2/A1 - 12-05

  • Plastiques – Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques – Partie 3 : Plaques de petites dimensions - NF EN ISO 294-3 - 02-04

  • Plastiques – Moulage par injection des éprouvettes de matériaux thermoplastiques – Partie 5 : Préparation d'éprouvettes normalisées pour déterminer l'anisotropie - NF EN ISO 294-5 - 04-13

  • ...

1 Annuaire

HAUT DE PAGE

1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)

Les éprouvettes peuvent, bien sûr, être fabriquées sur tous les types de matériel industriel mais il existe certains modèles de matériel dédiés plus spécifiquement à cet effet, par exemple :

Arburg France http://www.arburg.fr

Brabender http://www.cwbrabender.com/Chemical_division.html

CEAST http://www.instron.tm.fr/wa/product/systems.aspx?PageID=1553

Getelec http://www.kap-inject.com/

Pinette Emidecau http://www.pinetteemidecau.eu

Qualitest – WorldofTest http://www.worldoftest.com

HAUT DE PAGE

1.2 Laboratoires – Bureaux d'études – Écoles – Centres de recherche (liste non exhaustive)

Centre de recherches de l'École des mines de Douai http://www.mines-douai.fr

Centre technique des industries mécaniques CETIM http://www.cetim.fr...

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